กาลิเลโอในการสำรวจอวกาศยานอวกาศของหุ่นยนต์สหรัฐเปิดตัวให้กับจูปิเตอร์เพื่อศึกษาวงโคจรของดาวเคราะห์สนามแม่เหล็กและดวงจันทร์ของมัน กาลิเลโอเป็นผู้ติดตามการเยี่ยมของผู้บุกเบิก 10 และ 11 (1973-74) และนักเดินทางรอบโลก 1 และ 2 (1979)
กาลิเลโอถูกวางในวงโคจรของโลกเมื่อวันที่ 18 ตุลาคม 1989 โดยกระสวยอวกาศแอตแลนติส จากนั้นมันก็ถูกยกให้เป็นวงเวียนไปสู่ดาวพฤหัสซึ่งได้รับประโยชน์จากชุดแรงโน้มถ่วงหรือหนังสติ๊กขั้นตอนระหว่างการบินของวีนัส (10 กุมภาพันธ์ 2533) และโลก (8 ธันวาคม 2533 และ 8 ธันวาคม 2535). นอกเหนือจากเซ็นเซอร์เพื่อตรวจสอบอนุภาคและเขตข้อมูลของลมสุริยะตลอดการล่องเรืออวกาศและจากนั้นภายในสนามแม่เหล็กของดาวพฤหัสบดีกาลิเลโอติดตั้งแพลตฟอร์มสแกนที่มีเครื่องมือทางแสงสี่แห่ง กล้องความละเอียดสูงได้รับการเสริมโดยสเปกโตรมิเตอร์ใกล้อินฟราเรด (เพื่อศึกษาธรรมชาติทางความร้อนเคมีและโครงสร้างของดวงจันทร์ของดาวพฤหัสและองค์ประกอบของชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์), สเปกโตรมิเตอร์รังสีอุลตร้าไวโอเล็ต (สำหรับการตรวจวัดก๊าซและละออง) และ photopolarimeter แบบบูรณาการและ radiometer (สำหรับการศึกษาองค์ประกอบบรรยากาศและการกระจายพลังงานความร้อน)
ระหว่างที่ทั้งสองเดินผ่านเข้าไปในแถบดาวเคราะห์น้อยกาลิเลโอก็บินผ่านดาวเคราะห์น้อย Gaspra (29 ตุลาคม 2534) และไอด้า (28 สิงหาคม 2536) ดังนั้นหากมองมุมมองอย่างใกล้ชิดเป็นครั้งแรกของวัตถุดังกล่าว ในกระบวนการค้นพบดาวเทียมขนาดเล็ก (Dactyl) ที่โคจรรอบไอด้า กาลิเลโอได้ตกแต่งมุมมองที่เป็นเอกลักษณ์ของการชนของ Comet Shoemaker-Levy 9 กับดาวพฤหัสบดีเมื่อมันปิดตัวลงบนดาวเคราะห์ในเดือนกรกฎาคม 1994
เมื่อวันที่ 13 กรกฎาคม พ.ศ. 2538 กาลิเลโอได้ทำการสำรวจชั้นบรรยากาศ 339 กก. (747 ปอนด์) บนเส้นทางการชนกับดาวพฤหัสบดี เกือบห้าเดือนต่อมา (7 ธันวาคม) ยานสำรวจทะลุเมฆ Jovian ขึ้นไปทางเหนือเล็กน้อยของเส้นศูนย์สูตร ขณะที่มันเคลื่อนตัวลงอย่างช้าๆโดยร่มชูชีพผ่านชั้นบรรยากาศ 165 กม. (ประมาณ 100 ไมล์) เครื่องมือของมันรายงานเกี่ยวกับอุณหภูมิความดันความหนาแน่นกระแสพลังงานสุทธิการปล่อยไฟฟ้าโครงสร้างคลาวด์และองค์ประกอบทางเคมี หลังจากผ่านไปเกือบ 58 นาทีเมื่อทำภารกิจสำเร็จเครื่องส่งสัญญาณของโพรบจึงล้มเหลวเนื่องจากอุณหภูมิสูงขึ้น ไม่กี่ชั่วโมงต่อมาเมื่อการเดินทางหกปีและ 3.7 พันล้านกิโลเมตร (2.3 พันล้านไมล์) ยานกาลิเลโอหลักเข้าสู่วงโคจรรอบดาวพฤหัส
ในอีกห้าปีข้างหน้ากาลิเลโอบินวงโคจรที่สร้างการเผชิญหน้าอย่างใกล้ชิดกับดวงจันทร์ที่ใหญ่ที่สุดสี่ดวงของจูปิเตอร์ตามลำดับระยะทางจากดาวเคราะห์ไอโอยูโรปาแกนีมีดและคาลลิสโต แม้จะมีการเปรอะเปื้อนของเสาอากาศหลักที่มีอัตราขยายสูงในช่วงต้นของภารกิจซึ่งทำให้การส่งภาพการรายงานภาพฟุ่มเฟือยที่วางแผนไว้ไม่ชัดเจนกาลิเลโอให้ภาพที่ถ่ายอย่างใกล้ชิดของคุณสมบัติที่เลือกไว้บนดวงจันทร์ ระบบแสงออโรร่าและพายุรวมถึงจุดแดงที่ยิ่งใหญ่ในระยะยาว ไฮไลท์พิเศษคือมุมมองรายละเอียดของพื้นผิวน้ำแข็งที่แตกเป็นเสี่ยง ๆ ของยูโรปาซึ่งแสดงหลักฐานของมหาสมุทรใต้ผิวดินที่เป็นไปได้ของน้ำของเหลว หลังจากเสร็จสิ้นภารกิจหลักสองปีของกาลิเลโอวงโคจรของมันก็ถูกปรับให้ส่งไปสู่การแผ่รังสีที่รุนแรงและอาจสร้างความเสียหายใกล้โลกเพื่อให้ผ่านการเคลื่อนที่ของไอโออย่างใกล้ชิดและกลั่นแกล้งภูเขาไฟที่เคลื่อนไหวอย่างละเอียด หลังจากการศึกษาประสานงานการศึกษาสภาพแวดล้อมสนามแม่เหล็กของดาวพฤหัสบดีกับยานแคสสินี (เปิดตัวเมื่อวันที่ 15 ตุลาคม 1997) ขณะที่ยานนั้นบินผ่านระบบดาวพฤหัสบดีในเดือนธันวาคมปี 2000 ระหว่างทางไปยังดาวเสาร์กิจกรรมของกาลิเลโอก็ลดลง ในเดือนกันยายน 2546 มันถูกส่งลงไปในชั้นบรรยากาศของดาวพฤหัสบดีเพื่อทำลายตัวเองเพื่อป้องกันการปนเปื้อนของดวงจันทร์ดาวพฤหัสบดี
